Zelfaangedreven alarm bewaakt branden en het milieu

Een nieuw apparaat dat bekend staat als MC-TENG - een afkorting voor meerlagige cilindrische tribo-elektrische nanogenerator - genereert elektrische stroom door energie te oogsten uit de sporadische beweging van de boomtakken waaraan het hangt. Het zelfaangedreven detectiesysteem kan de brand- en omgevingsomstandigheden continu bewaken zonder dat er onderhoud nodig is na inzet.

Traditionele detectiemethoden voor bosbranden omvatten satellietbewaking, grondpatrouilles, wachttorens en andere methoden die hoge arbeids- en financiële kosten met zich meebrengen in ruil voor een lage efficiëntie. De huidige technologieën voor sensoren op afstand komen steeds vaker voor, maar zijn voornamelijk afhankelijk van batterijtechnologie voor stroomvoorziening.

Hoewel zonnecellen op grote schaal worden gebruikt voor draagbare elektronica of zelfaangedreven systemen, is het een uitdaging om deze in een bos te installeren vanwege de schaduw of de dekking van weelderig gebladerte.

TENG-technologie zet externe mechanische energie - zoals de beweging van een boomtak - om in elektriciteit door middel van het tribo-elektrisch effect, een fenomeen waarbij bepaalde materialen elektrisch worden geladen nadat ze zijn gescheiden van een tweede materiaal waarmee ze eerder in contact waren.

De eenvoudigste versie van het TENG-apparaat bestaat uit twee cilindrische hulzen van uniek materiaal die in elkaar passen. De kernhuls is van bovenaf verankerd, terwijl de onderste huls vrij op en neer kan schuiven en heen en weer kan bewegen, alleen beperkt door een elastische verbindingsband of veer. Terwijl de twee mouwen niet synchroon lopen, genereert het intermitterende contactverlies elektriciteit. De MC-TENG is uitgerust met verschillende hiërarchische tribo-elektrische lagen, waardoor de elektrische output toeneemt.

De MC-TENG slaat zijn sporadisch gegenereerde elektrische stroom op in een op koolstof-nanobuis gebaseerde micro-supercondensator. De onderzoekers kozen deze technologie vanwege de snelle oplaad- en ontlaadtijden, waardoor het apparaat voldoende kan opladen met slechts korte maar aanhoudende windstoten. Bij een zeer lage trillingsfrequentie kan de MC-TENG efficiënt elektriciteit opwekken om de aangesloten supercondensator in minder dan drie minuten op te laden.

De onderzoekers rustten het eerste prototype uit met zowel koolmonoxide- als temperatuursensoren. De toevoeging van een temperatuursensor was bedoeld om de kans op een fout-positieve kooldioxide-meting te verkleinen.

Het team zal een productieapparaat in de praktijk testen om de bosomgevingsomstandigheden en testscenario's te bewaken, waarbij gebruik wordt gemaakt van materialen die een echte brand nabootsen.

Ze zijn ook bedoeld om extra functionaliteit toe te voegen, waardoor het apparaat kan worden aangepast aan de weers- en omgevingsomstandigheden waar het wordt ingezet.